مرحله سیم کشی مغزی شبیه نوجوانان می تواند تا اوایل دهه سی ادامه داشته باشد. تجزیه و تحلیل 3802 اسکن مغز توسط کمبریج نشان داد که شبکه‌های ساختاری تا حدود 32 سالگی به طور فزاینده‌ای یکپارچه و کارآمد می‌شوند – قوی‌ترین نقطه عطف در توسعه اتصال مغز در طول عمر.

رشد انسان دقیقاً به 18 یا 21 سال تقسیم نمی شود. این سنین مرزهای اجتماعی و قانونی مفیدی هستند، اما زیست شناسی موظف به رعایت آنها نیست.

تجزیه و تحلیل 3802 اسکن مغز توسط کمبریج نشان می دهد که فاز گسترده ای از توسعه شبکه ساختاری تا اوایل دهه 30 ادامه دارد. در طول عمر، قوی ترین تغییر در مسیر ارتباطی کلی مغز در حدود سن 32 سالگی رخ می دهد.

این یک نتیجه جالب است و به طور غیرمعمولی به راحتی می توان آن را دست بالا گرفت. این بدان معنا نیست که یک جوان 31 ساله ذهن یک نوجوان را دارد. همچنین به این معنا نیست که هر مغزی در یک روز تولد به طور ناگهانی بالغ می شود.

محققان از «نوجوانی» به عنوان نام مرحله آماری در سازماندهی شبکه مغز استفاده کردند. نتیجه آنها به الگوهای سیم کشی متوسط ​​در بسیاری از افراد اشاره دارد. قضاوت، بلوغ عاطفی، هوش یا آمادگی بزرگسالان برای مسئولیت پذیری را اندازه گیری نمی کند.

چگونه 3802 اسکن به نقشه اتصالات مغز تبدیل شد

این مطالعه، منتشر شده در ارتباطات طبیعت، داده های NMR انتشار را از نه مجموعه داده موجود جمع آوری کرد. شرکت کنندگان از نوزادان تازه متولد شده تا افراد 90 ساله بودند.

محققان در مجموع 4216 اسکن را پردازش کردند، سپس از 3802 اسکن از شرکت کنندگان نوروتیپیک برای تجزیه و تحلیل مقطعی اصلی خود استفاده کردند. از این تعداد، 1994 نفر زن و 1808 نفر مرد بودند.

MRI انتشار به حرکت آب در بافت مغز حساس است. از آنجایی که آب تمایل دارد در جهت دسته های رشته های عصبی حرکت کند، الگوریتم ها می توانند از این الگوها برای تخمین مسیرهای احتمالی ماده سفید استفاده کنند. این فرآیند بازسازی را تراکتوگرافی می نامند.

نقشه تراکتوگرافی تصویری از هر آکسون نیست. این مدلی است که از سیگنال های غیرمستقیم ساخته شده است، با مقداری عدم قطعیت در اطراف فیبرهایی که متقاطع می شوند و وجود یا قدرت اتصالات خاص. با این حال، استفاده مداوم در هزاران اسکن، می تواند تفاوت های گسترده مرتبط با سن را در سازمان ساختاری نشان دهد.

این تیم با استفاده از یک اطلس تشریحی استاندارد، هر مغز را به 90 ناحیه تقسیم کردند. مناطق به گره های شبکه تبدیل شدند، در حالی که جاده های بازسازی شده به لبه تبدیل شدند. سپس محققان می توانند بپرسند که چگونه سازماندهی این شبکه با افزایش سن متفاوت است.

«کارآمد» در یک شبکه مغزی به چه معناست

زبان روزمره باعث می شود کارایی مانند یک رتبه بندی ساده به نظر برسد: بالاتر باید بهتر باشد. علم شبکه خاص تر است.

کارایی جهانی ارزیابی می کند که چگونه یک بخش از شبکه به راحتی می تواند از طریق مسیرهای کوتاه به قسمت دیگر برسد. طول مسیر مشخصه میانگین فاصله متناظر بین گره ها را توصیف می کند. کارایی محلی می‌پرسد که همسایگان اطراف یک گره چقدر به هم متصل می‌مانند، در حالی که مدولار بودن میزان شدت تقسیم شبکه به جوامع را اندازه می‌گیرد.

معیارهای دیگر، استحکام پیوندها، درجه خوشه‌بندی محلی، و مرکزیت مناطقی را که در مسیرهای متعدد قرار دارند، نشان می‌دهد. هیچ عددی نشان دهنده کیفیت مغز نیست. شبکه ابزار هم به ادغام در مناطق دور افتاده و هم به تفکیک نیاز دارد که امکان پردازش تخصصی را فراهم می کند.

این مهم است زیرا در مطالعه جدید شماره‌گیری با برچسب «بلوغ» به طور پیوسته رو به بالا حرکت نمی‌کند. او دریافت که چندین ویژگی با هم تغییر می کنند، گاهی اوقات در جهات مختلف.

محققان از نظر آماری نه مجموعه داده را برای کاهش تفاوت بین اسکنرها و پروتکل‌های اکتساب هماهنگ کردند. آنها سپس اقدامات شبکه پیش‌بینی‌شده با سن را در مسیری با ابعاد پایین‌تر پیش‌بینی کردند و به دنبال نقاطی گشتند که مسیر آن مسیر تغییر کرد.

آنها به جای تکیه بر یک مجموعه مناسب از انتخاب های تحلیلی، 968 پیش بینی را با استفاده از ترکیب های مختلف پارامترها ایجاد کردند. همان چهار منطقه سنی به طور مکرر به عنوان چرخش های احتمالی در مسیر ظاهر می شوند.

چهار نقطه عطف، پنج فاز را تولید کردند

نقاط عطف در حدود سال های 9، 32، 66 و 83 رخ می دهد. آنها طول عمر را به پنج دوره کلی تقسیم می کنند.

اولین مورد از بدو تولد تا حدود نه سالگی است. دومی که نویسندگان آن را سن نوجوانی نامیده‌اند، از 9 تا حدود 32 سال را شامل می‌شود. پیری از 32 تا 66، سپس یک دوره پیری زودرس از 66 تا 83، و یک دوره پیری دیررس پس از 83.

اینها مرزهای آماری هستند تا دیوارهای بیولوژیکی. دو نفر در دو طرف 32 ساله می توانند بسیار بیشتر از میانگین سنی خود شبیه یکدیگر باشند. برچسب ها جهت غالب تغییر شبکه در جمعیت را توصیف می کنند.

سن 32 سالگی قوی ترین نقطه عطف در تحلیل ها است. خم نزدیک 83 ضعیف ترین بود و قدیمی ترین فاز فقط 93 اسکن داشت. این مقاله قدرت آماری پایینی را برای این دوره اخیر گزارش می‌کند، بنابراین محدودیت دقیق اواخر عمر به‌ویژه نامشخص است.

بنابراین نقشه پنج قسمتی جایگزینی برای مراحل آشنای کودکی، نوجوانی و بزرگسالی نیست. این یک نقشه جداگانه بر اساس یک نوع MRI و مجموعه خاصی از خصوصیات ریاضی است.

فاز غیرعادی طولانی از 9 تا 32

دوره 9 تا 32 توسط 1728 نفر نشان داده شده است. در این گروه، هر معیار توپولوژیکی مورد استفاده در تحلیل اصلی، ارتباطی با سن نشان داد.

جهت گسترده به سمت یکپارچگی بیشتر بود. راندمان جهانی افزایش یافته و طول مسیر مشخصه کاهش یافته است، که نشان می‌دهد که مناطق به طور گسترده از هم جدا شده می‌توانند با مسیرهای شبکه کوتاه‌تر متصل شوند. در همان زمان، معیارهای استحکام باند و تفکیک محلی افزایش یافت.

این حرکات لزوماً متناقض نیستند. یک سیستم حمل و نقل می تواند مسیرهای بین شهری خود را بهبود بخشد در حالی که محله های فردی سازماندهی داخلی بیشتری پیدا می کنند. در یک شبکه مغزی، یکپارچگی قوی‌تر و تخصص محلی بیشتر می‌توانند با هم تکامل پیدا کنند.

ماژولاریت در این دوره کاهش یافت و نشان می‌دهد که جوامع وب در بزرگ‌ترین مقیاس کمتر از هم گسیخته شده‌اند. دنیای کوچک، معیاری برای سنجش تعادل بین خوشه‌بندی محلی و مسیرهای کوتاه جهانی، به شدت به تمایز این مرحله کمک کرد.

توضیحی درباره یافته‌های دانشگاه کمبریج، این دوره طولانی را توصیف می‌کند که در آن ارتباطات در سراسر مغز کارآمدتر شد. عبارت “فاز جوانی” به این جهت توپولوژیکی پایدار اشاره دارد.

نباید به عنوان «نوجوانی تا 32 سالگی ادامه دارد» بدون صلاحیت ترجمه شود. رشد روانی ابعاد مختلفی دارد. نقش اجتماعی، تنظیم عاطفی، شناخت و تصمیم گیری یک ساعت مشترک نیستند و هیچ کدام در اینجا اندازه گیری نمی شوند.

چرا 32 سالگی قوی ترین دوران بود، اما نه یک سن جادویی

هر ویژگی شبکه دقیقاً در 32 به اوج یا پایین نرسیده است. منحنی های بررسی ساخته شده اوج راندمان جهانی را در حدود 29 قرار می دهند. ماژولاریت و مرکزیت میانی به پایین ترین نقطه محاسبه شده خود در حدود 31 رسیده است.

امتیاز برای 32 سالگی از مسیر ترکیبی معیارهای مختلف بدست می آید. بهتر است به عنوان مرکز یک منطقه انتقال درک شود تا به عنوان یک آچار پرتاب شده در جشن تولد.

پس از این معکوس، در طول دوره 32 تا 66 بزرگسال، الگوی میانگین از چند جهت معکوس شد. یکپارچگی به طور کلی کاهش یافت، جداسازی افزایش یافت و سازمان محلی به جای جهانی برجسته تر شد. تغییرات در مرکز نسبتاً کم بود.

این معکوس نشان نمی دهد که مغزها از 32 سالگی شروع به کاهش ساده می کنند. متریک ها توپولوژی را توصیف می کنند و توپولوژی به تنهایی نمی تواند بگوید که آیا تغییر یک قابلیت خاص را بهبود می بخشد یا کاهش می دهد.

انتقال در حدود 66 نرم تر بود. مدولار بودن در تشخیص دوره بعدی تأثیرگذارتر می شود. در نزدیکی سال 83، مطالعه پیچیدگی دیگری پیدا کرد، اما نمونه کوچکتر و توان کمتر آن تخمین را محکم تر می کند.

تجزیه و تحلیل می تواند محل خم شدن منحنی ها را پیدا کند. به خودی خود نمی تواند علت سلولی را شناسایی کند. میلیناسیون، تغییرات در ساختار آکسون و سایر فرآیندهای رشدی یا پیری ممکن است در این امر نقش داشته باشند، اما tractography مستقیماً این مکانیسم ها را مشاهده نمی کند.

بزرگترین محدودیت خود زمان است

اگرچه این تحلیل نه دهه را در بر می گیرد، اما برای 9 دهه هیچ کس را دنبال نمی کند. این یک مقطع است: افراد مختلف اسکن را در سنین مختلف ارائه کردند.

این تمایز مهم است. یک مطالعه طولی می تواند نشان دهد که چگونه شبکه یک فرد تغییر می کند و نقاط اوج فردی چقدر متفاوت است. یک مطالعه مقطعی ممکن است در عوض پیری را با تفاوت‌های نسلی در سلامت، آموزش، محیط زیست و استخدام اسکنر اشتباه بگیرد.

ترکیب 9 مجموعه داده به محققان این امکان را داد تا نمونه بسیار بزرگتری از زندگی را نسبت به بسیاری از آزمایشگاه‌ها ایجاد کنند. روش هماهنگ سازی آنها برای کاهش تفاوت های فنی بین مجموعه داده ها طراحی شده است. با این حال، تفاوت های باقی مانده ممکن است باقی بماند.

تجزیه و تحلیل اصلی همچنین توسعه عصبی را توصیف می کند. نباید تصور کرد که مسیر یا زمان یکسانی در هر فرد واگرای عصبی یا در افراد مبتلا به بیماری عصبی ترسیم شود.

محدودیت روش شناختی دیگری نیز وجود دارد. نقاط شکست به ام آر آی انتشار، تراکتوگرافی، اطلس 90 منطقه ای، آستانه شبکه و روش کاهش ابعاد بستگی دارد. آزمایش 968 پیش‌بینی نشان داد که یافته‌ها به یک تنظیم پارامتر وابسته نیستند، اما سایر مجموعه‌های داده و چارچوب‌های تحلیلی هنوز آنها را تکرار نکرده‌اند.

نقشه ای از میانگین ها، نه نموداری از یک عمر

این مطالعه جایگزین مفیدی برای تصور اتصال مغز به عنوان یک افزایش آرام و به دنبال کاهش آرام ارائه می دهد. به نظر می‌رسد دوره‌های مختلف زندگی دارای امضاهای شبکه‌های متفاوتی هستند، و اوایل دهه سی ممکن است انتقال مهم‌تری نسبت به دسته‌های سنی معمولی باشد.

چنین نقشه‌ای در نهایت می‌تواند به محققان کمک کند تا بپرسند چرا برخی از شرایط روانپزشکی در نوجوانی و اوایل بزرگسالی خوشه‌بندی می‌شوند، یا چرا آسیب‌پذیری در برابر بیماری‌های عصبی بعداً در زندگی تغییر می‌کند. هنوز یک فرد را تشخیص نمی دهد یا تعیین نمی کند که عبور از مرز شبکه باعث ایجاد یک بیماری می شود.

همچنین نمی تواند بحث های مربوط به زمانی که فردی “کاملاً توسعه یافته است” را حل کند. این عبارت ظرفیت های مختلف زیادی را در یک مقصد فشرده می کند. اتصال ساختاری تنها یک لایه از مغز است و بلوغ فراتر از یک اسکن است.

دقیق ترین نتیجه گیری چیزهای واقعا جدید را حفظ می کند. در بین 3802 نفر، میانگین معماری شبکه‌های ساختاری مغز پنج مسیر متمایز را دنبال می‌کند. طولانی ترین مرحله توسعه از حدود نهم تا اوایل دهه سی به طول می انجامد و مشخص ترین منحنی در حدود 32 ظاهر می شود.

این کشف اوایل دهه سی را از نظر علمی جالب می کند. این آنها را به یک اصطلاح جهانی تبدیل نمی کند. زیست شناسی منحنی را نشان می دهد، نه گواهی بلوغ.